1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
1、研究意义
水稻是最主要的粮食作物之一，是全世界约1/3人口的主要粮食来源。我国的水稻种植面积，约30.1106 ha，占世界水稻种植面积的18.5%，稻谷产量占全国谷物总产的40%以上[资料来源：联合国FAO数据库，2010]。目前，我国的水稻单产水平已经超过6.5 t/ha，这为保障粮食供应的安全和社会的稳定起到了十分重要的作用。但是，随着水稻产量水平的提高，我国化肥特别是氮肥的施用量也在不断的增加。据世界粮农组织统计，目前我国氮肥用量占全球氮肥用量的 30%，19611999 年，全球氮肥用量(以元素 N 计) 从 1.16107t 增加到 8.55107t， 增加了 6.4倍。而我国同期氮肥用量增加了 43.8 倍[1]。事实上，中国在1996年的氮肥用量就已经超过了25106t，大大超过了鲁如坤等专家的预测[2]。2011年，中国氮肥用量为38.2106t，占全球氮肥用量的34％，是世界第一大消费大国。中国稻田单季水稻氮肥用量平均为180kg/ha，这一用量比世界稻田氮肥单位面积平均用量大约高75％左右[3, 4]。水稻产量较高的江苏平均为 272.24 kg/ha，苏南地区甚至达到 300 kg/ha，比世界平均施氮量 103 kg/ha高出191.26%， 超过国际上公认的年施氮量 225 kg/ha的安全标准达 33.36%[5]。 由此可见，我国稻田氮肥用量已经处于相当高的水平。
到目前为止，氮肥利用率(fertilizerN use efficiency．FNUE)的定义在国内仍然没有形成统一的标准。国外通用的氮肥利用率的定量指标有氮肥吸收利用率(recovery efficiency或uptake efficiency，RE)，氮肥生理利用率(physiological efficiency，PE)，氮肥农学利用率(agronomic efficiency，AE)和氮肥偏生产力(partial factor productivity of applied N，PFP)。
2. 研究的基本内容和问题
1、研究目标
在对模型改进的基础上，进行基于RiceGrow的氮肥管理情景模拟比较研究，提出更合理的氮肥运筹方案，以实现作物的养分需求与土壤、肥料的养分供应，达到高产、优质、高效、生态、安全的生产目标，有利于提高氮肥的利用率和农业经济效益。减少氮肥损失及其对环境的不利影响。
2、研究内容
3. 研究的方法与方案
1、研究方法
本研究将在前人的研究结果上，结合作物－土壤养分的文献资料，充分利用本实验积累的试验数据，对本实验室模型RiceGrow的养分模块特别是氮素动态积累与分配模拟模型加以拓展和改进，并通过模型的检测与验证，调整模型的参数与关系，使氮素的动态吸收与分配模型得到进一步的优化与完善。
2、技术路线
见附件，图1。
3、实验方案
3.1 试验材料：武香粳14（9915）
表1 试验品种的特性
品种名称 | 类型 | 生育期 | 千粒重（g） | 产量水平 | 品质水平 |
武香粳14 （9915） | 早熟晚粳稻 | 153天左右 | 26g左右 | 500-600kg/亩 | 蛋白质9.4%直链淀粉含量22.2% |
播种期：5月18日
移栽期：6月20日
移栽密度：行株距3015cm。
施氮量水平：0 kg/ha（N0）、75 kg/ha（N1）、150 kg/ha（N2）、225 kg/ha（N3）、300 kg/ha（N4）、375 kg/ha（N5）
实验设计：实验共6个处理，每个处理重复三次，共18个小区，每小区面积28m2（4m*7m）。采用随机区组设计的实验方法。
基肥:分蘖肥：促花肥:保花肥=5:1:2:2
每个处理施磷肥(P2O5)100 kg/ha，钾肥(K2O)220 kg/ha，均做基肥一次性施用，其他栽培管理措施同一般高产田。埂上覆膜，独立排灌。
3.2 田间的取样与测试
（1）准确记录水稻的各关键生育期。
（2）移栽后每小区定点5-10穴，记载水稻的茎蘖动态和叶龄的变化情况（苗情）。
（3）生物量的测定：在关键生育期（分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗开花期、灌浆期、成熟期）每个小区取样3-4穴。
（4）土壤基础肥力测定：移栽前用五点取样法分为0-20cm、20-40cm、40-60cm取土样，三次重复。
（5）土壤的测定：施肥后一周内每隔1-2天测一次，以后每隔7天测一次，各小区分别在0-20cm，20-40cm，40-60cm取土壤水溶液。
（6）积水中氮含量的测定：施肥后1 周内每日测定，待各处理的与N0没有明显区别时，每7天取样一次。各小区水样为5 点随机取样20ml，充分混合，冷藏保存。
（7）土壤温度、湿度的测定：将温度和温度传感器置于土壤中，每个10min采集一次数据。
（8）烤种。在成熟期测产并计算实际产量。每个小区随机取10株进行用于室内烤种分析（穗数、每穗粒数、结实率、千粒重等）。
3.3 室内的测试
（1）叶面积的测定：使用LAI3000分别于分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗开花期、灌浆期、成熟期测单叶叶面积。
（2）地上部生物量及氮含量的测定：将取回的水稻植株按器官分类（叶片、茎杆（包括叶鞘）、穗），放入恒温干燥箱内烘干，样本105℃ 30分钟杀青后，80℃烘干24小时至恒重，称重。地上部生物量 = 叶重（绿叶 黄叶） 茎秆重 穗重。
（3）各器官氮含量测定方法：凯式定氮法。
（4）土样基础肥力测定：将取回的土样一部分冷藏，一部分自然风干。鲜样测土壤NO3--N和NH4 -N含量；干样测容重、土壤全氮、土壤有机质等养分含量。
（5）田面积水和土壤水溶液中NO3N、NH4 -N含量的测定：用AA3连续流动分析仪测定NH3-N、NO3-N的含量。
（6）水稻产量及其构成测定。
4、可行性分析
（1）市场前景广阔。本项目属于新近课题，研究成果较少，通过调整模型的参数与关系，使氮素的动态吸收与分配模型得到进一步的优化与完善，可及时解决农业生产问题、降低风险、节约生产和管理成本。
（2）技术上可行。本实验室已经开发出了RiceGrow模型，可为本研究提供模型的基础。
（3）经济上可行。本实验室以及农学院公共实验室具有完善的软、硬件辅助条件和设施，能够确保本研究的田间试验和室内分析试验的顺利完成。
4. 研究创新点
通过不同施氮水平的水稻试验，测定植株器官的含氮量和器官干重动态变化、不同深度土壤NH3-N、N03-N的动态变化。对RiceGrow的土壤N素模块和植株氮的分配过程进行改进并进行检验与验证。再次基础上进行基于RiceGrow的氮肥管理情景模拟比较研究，提出更合理的氮肥运筹方案。
5. 研究计划与进展
2013.3.12013.3.31 检索相关文献，研究不同模型养分模块的差异找出RiceGrow需要改进的具体环节。
2013.4.12013.7.31完成田间试验，并分析实验室积累的试验数据，对RiceGrow中氮素分配模块进行了修改，并进行检验。
2013.8.12013.9.30进行室内试验，分析实验数据，对已经修改的模型进行验证。
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